无人机:空间和重量受限设计中的互连考虑因素

EEWORLD 2018-02-09
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通过浏览大众媒体,您可以很容易地认为是天空中有很多无人机在飞行。这些小型的飞行器几十年来一直是用于军事领域,最初是作为诱饵飞行器,后来又用于侦察、后勤、数据收集等任务。在过去几年里,无人机的使用率呈指数级增长,其作用范围也是如此。除了人们在消费市场对无人机一直很大的兴趣外,这种高增长的一个关键因素是其在商业和工业应用领域所具备的更大价值。反过来,按照技术市场所熟悉的发展曲线,越来越广泛的采用将导致更大的规模经济, 从而使价格下降,并进一步扩展其应用。

媒体对无人机的关注度大多都集中在消费类应用(或者更常见的是误用)。不过,工业和商用领域正在出现的应用才最值得关注,这是由于无人机能够访问人类(或其他种机器)根本无法进入的地方。

人道主义组织和救援服务机构已经在利用无人机对自然灾害发生后交通阻断的地区进行调查。过去几年里,在评估太平洋岛屿瓦努阿图由飓风造成的破坏,评估厄瓜多尔大地震后的道路状况,以及通过比较海地飓风前后的图像以确定有多少房屋需要重建方面,无人机已经证明非常有帮助。无人机也可进入灾害导致的倒塌建筑物内,帮助准确定位被困人员。

其他采用无人机的行业包括农业、采矿、石油/天然气和建筑等等,物流/配送也是一个非常引人注目的领域。 DHL在2016年尝试向位于巴伐利亚的偏远村庄提供医疗用品和其他小型包裹的服务,而传统车辆难以达到这些地区,尤其是考虑到该地区所面临的气象挑战。当时的尝试得到了德国联邦运输部(BMVI)的合作,专门设立了一个用于试验的限制飞行区,巴伐利亚航空管理局批准了飞行许可。

去年,德国政府推出了特殊的无人机立法,它与美国联邦航空局2016年8月宣布的法规有许多相似之处。这项立法限制了任何超出视线范围的无人驾驶飞行器(UAV),也直接限制了人们的使用范围。与此同时,还有一些条款允许在被视为安全的情况下一些运行可获得豁免,为某些情况下更先进的商业/工业运营开放了空间。

农民也从无人机的发展中受益匪浅。市场分析公司IDTechEx预测,2028年“智能农业”的价值将超过4.2亿美元。例如,日本自20世纪90年代初以来一直依靠无人遥控直升机喷洒稻田,精密控制技术有助于减少所需化学品的数量,整个过程也可以更好地指导,而环境的影响因此显著降低。

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图1:农业无人机对绿茶田喷施肥料(资料来源:iStock,Kinwun)。

在建筑领域内,测绘是无人机需要完成的重要任务。无人机可以用来快速检查桥梁或高层建筑物,否则会需要安装起重机,耗费很多的时间和成本。总部设在日本的跨国公司Komatsu利用无人机扫描建筑施工现场来帮助克服建设者的短缺,他们首先通过计算机生成图像,随后按照现场规划部署无人推土机和挖掘机来挖孔和运输土石方。无人机也可以帮助监测施工现场的进展,例如可以定期扫描项目并提供审计跟踪。施工效率的任何微小改进都能够抵消一些建筑行业常见的材料浪费。

对于电信公司而言,无人机对于在荒凉或车辆无法通行的地区部署网络基础设施也非常有利。最近几个月前发生的一起案例说明了这一点,当时需要将高速宽带光缆架送到威尔士北部的Pontfadog村。一个小型无人机连接着一条重量很轻的线飞向位于陡峭山丘且周围绿树茂密的一片房屋。一旦这些线路到位,光缆就可以被拉过去,而直接去用无人机拉光缆本身负载过重。

所有这些例子都表明,需要高质量的组件来支持这个新兴的技术领域。无人机的运行环境往往要求苛刻,不得不应对恶劣的环境条件,高度的振动和潜在的重大冲击。还需要考虑尺寸和重量方面的因素。确保无人机的成功运行意味着虽然小型化固然重要,但是选用的电子元件也需要表现出最高水平的稳健性。

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图2:Datamate Mix-Tek连接器(来源:Harwin)。

部件尺寸和重量的减小对于本身受限于这些参数的无人机显然是有益的。无人机的小巧结构自然限制了它们可携带的有效载荷,所以使用小而轻的部件意味着这样的无人机将具有更高的有效载荷能力,再充电之前也能够覆盖更大的范围。 Harwin公司的高可靠性连接器和布线解决方案能够将紧凑性与坚固而轻巧的结构相结合,可以确保提供必要的功率和数据性能,而不会增加任何不必要的体积。纤细的1.25mm间距Gecko系列是一种传统微型D连接器的高性能替代方案。如果需要,还可以安装金属后壳,以增加额外的保护和屏蔽。随着这个产品系列中可以螺丝锁定的Gecko-SL最新成员的推出,可以实现更高的抗振动可靠性。 为了保持线束较轻的重量,Datamate Mix-Tek 系列可以在同一个紧凑的外壳内部提供电源、信号和RF接点,这些连接器每个触点的额定电流为20A或40A。

无人机正在全球范围内各个行业不断得到越来越广泛的应用,并将在未来很长一段时间内继续这种趋势。不论相关的立法和法规如何发展,这种技术很可能在商用和工业领域中发挥越来越重要的作用。在我们人类能够想象得到的领域,都可以看到无人机的广泛应用。


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